一种加热炉板坯加热过程的炉温控制方法技术

一种加热炉板坯加热过程的炉温控制方法，根据加热炉内热量传递特点，基于板坯的加热质量要求、生产设备安全等约束条件，采用自适应差分进化算法确定优化控制方案，从而得到加热炉的温度设定，实现板坯加热过程中的温度控制。在保证满足生产要求并使板坯的温度达到热轧要求的前提下，对自适应差分进化算法进行改进，自适应调节变异因子和交叉概率，能提高算法的全局搜索能力，加快算法收敛，提高算法的搜索精度。执行本方法，降低加热炉的温度，避免过烧，既减少板坯的氧化烧损，又节省能源消耗，降低生产成本，减少废气的排放，提高企业的经济效益和社会效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料加工信息
，具体涉及。
技术介绍
钢铁材料在加热炉中的加热过程炉温控制问题是冶金企业生产管理的主要内容， 控制水平直接关系到加热炉板坯加热的质量和能源消耗水平。在钢铁生产的热轧工段，为了保证板坯达到热轧所需的轧制温度，在送入热轧产线前需进入加热炉进行加热，其操作过程描述如下来自连铸的板坯由传输辊道运送到加热炉入口处，经推钢步进梁送入加热炉，板坯在加热炉内由移钢步进梁向加热炉的出口处运动，与此同时，加热炉内设置的燃烧喷嘴(燃料通常是燃油或者燃气)喷发燃料引燃高温火焰来给板坯升温，达到加热板坯的目的。由于在相同环境处理相同加热材质的板坯时，加热炉内各段的温度与设置在该处的燃料喷嘴的阀门开度(或者燃料流量)成正相关关系， 因此，优化加热炉各处的燃料流量即对加热炉各段的温度进行优化设定，可对加热炉的温度和出炉板坯的温度状态进行量化控制，保证钢铁热轧连续生产的正常进行以及生产过程中原料与设备的安全，节能降耗。加热炉是钢铁工业生产中的重要设备。由于加热炉具有高温、高耗能与多变量的特点，使得对加热炉温度的控制成为一个复杂而繁冗的过程，若加热温度不够，将造成板坯欠烧，将有可能使板坯难以轧制；若加热温度过高，将造成板坯过烧，有可能会造成氧化烧损，影响成品质量。现有技术中普遍存在加热炉耗能高、烧钢质量不稳定的问题。当前加热炉的炉温设定操作过程主要由人工完成，严重依赖于操作人员的经验水平，对炉温的设定过程主要采用目测与查表结合的方式进行确定，无法定量准确地实现精准控制；另外，考虑加热炉通常分为多个炉段，每个炉段烧嘴数量较多，人工调整无法全面考虑各个烧嘴之间的干扰情况，制定综合水平较高、节能降耗的加热炉烧嘴控制方案，因此，迫切需要提出一个切实可行的控制方案来对加热炉的炉温进行优化调度，在现有的生产条件下，保证产品质量，节约能耗，减少废气排放，使生产效益和社会效益最大化。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供，根据加热炉内热量传递特点，基于板坯的加热质量要求、生产设备安全等约束条件，采用自适应差分进化算法确定优化控制方案，从而得到加热炉的温度设定，实现板坯加热过程中的温度控制。根据加热炉内部各处的温度分布以热量传输定律可知，热流主要由加热炉出钢侧端向装钢侧端传输，即热流方向与板坯运动方向相反，因此，在对加热炉进行分段分析时， 加热炉内部的热量传输特性可由附图说明图1来简单描述。本专利技术所提方法基于此种热量传输方式，充分考虑了加热炉各段之间的热量传输作用，真实准确地描述加热炉的热量传输特性。本专利技术的加热炉板坯加热过程的炉温控制方法包括以下步骤步骤1 采集加热炉内板坯在加热过程中各段炉温和板坯温度数据，板坯温度数据包括板坯表面温度和板坯中心温度；步骤2 确定加热炉板坯加热过程的温度控制目标在确保加热炉在生产出符合热轧要求的热板坯的工艺约束条件下，采用自适应差分进化算法，使加热过程中的燃料消耗量达到最小，加热效率最高；步骤3 执行自适应差分进化算法，得出板坯在加热炉内各段的最优温度分布；步骤3. 1对加热炉内各段的温度及板坯在各段的表面温度进行初始化；步骤3. 11 确定初始温度种群的结构组成；设温度种群为P = [TlgJ2s^ fe}，则1"在g = 0时为初始种群，构成种群内向量个体的任意元素为由加热炉的各段炉温与各段内板坯的表面温度构成的向量个体，向量个体可表示为 斧={mg2，L Τξ) (η为个体的维数)，其中，g为当前迭代次数，巧表示第g代种群中第i个个体的第η个元素，当η = 8时，种群个体中元素初始赋值情况如下T^=Tf(X)(1)T^ =7}⑵(2)τ,ξ =Tf (3)(3)T1I =Tf (4)(4)T1gS=Ts(I)(5)TlI=Ts(I)(6)Tf7=m(7)T1I=Ts(A)(8)其中，Tf(S) (S =1,2,3,4)分别为加热炉四个区段的炉温，Ts(S) (s = 1,2,3,4)分别为板坯在加热炉四个区段所获得的表面温度；步骤3. 1. 2 确定初始温度种群中温度的取值范围及算法参数初始值根据位于该段的板坯应该达到的温度范围来设定加热炉各段的炉温上下限与板坯的温度上下限，即炉温必须要比板坯温度高出一定的值才能使板坯达到设定的温度；而板坯在各段的温度是根据以往经验所得的最优板坯温升曲线附近的温度值的范围来设定的。初始温度种群中的温度值是随机产生的，且初始温度向量在求算变异温度向量与交叉温度向量的过程中均被称为目标向量。设置变异因子F初始值与交叉概率CR初始值； 温度向量的个体位置多样性指标PC的参考值PCf及个体适应值多样性指标FC的参考值 FC*。步骤3. 2 设定终止条件并判断当前种群是否达到终止条件；根据生产工艺要求，设定终止条件若求得板坯出炉平均温度与设定的理想值 1200°C偏差绝对值小于15°C或者迭代满5000代，则迭代终止，否则进入下一步；根据下式求算出当前温度向量所对应的板坯出炉平均温度权利要求1.，其特征在于具体包括如下步骤 步骤1 采集加热炉内板坯在加热过程中各段炉温和板坯温度数据，板坯温度数据包括板坯表面温度和板坯中心温度；步骤2 确定加热炉板坯加热过程的温度控制目标在确保加热炉在生产出符合热轧要求的热板坯的工艺约束条件下，采用自适应差分进化算法，使加热过程中的燃料消耗量达到最小，加热效率最高；步骤3 执行自适应差分进化算法，得出板坯在加热炉内各段的最优温度分布； 步骤4:计算加热炉内部的各段最优温度分布的燃料消耗量，形成控制指令，送到现场的燃油控制系统进行操作，进行加热炉的温度控制；所述加热炉内部的各段最优分布的燃料消耗量F(k)根据下式求得ξχφ其中Tm(k)为板坯在加热炉第k区段的平均温度，Tm(k-1)为板坯在加热炉第k-1区段的平均温度，mk为经过第k区段的板坯的质量，Cp为板坯的比热容，ξ为炉内喷嘴燃料的热值，Φ为加热炉总括热吸收率，Cp为钢比热。2.根据权利要求1所述的加热炉板坯加热过程的炉温控制方法，其特征在于所述步骤3执行自适应差分进化算法，得出板坯在加热炉内各段的最优温度分布，具体按如下步骤进行步骤3. 1对加热炉内各段的温度及板坯在各段的表面温度进行初始化； 步骤3. 11 确定初始温度种群的结构组成；步骤3. 1. 2 确定初始温度种群中温度的取值范围及差分进化算法参数初始值； 步骤3. 2 设定终止条件并判断当前种群是否达到终止条件； 步骤3. 3 对当前温度向量种群进行变异和交叉操作；步骤3. 4 进行选择操作并判断当前解的可行性，最终得出板坯在加热炉内各段的最优温度分布；具体按如下步骤进行 步骤3. 4.1:选择当前最优解步骤3. 4.2 计算当前的板坯出炉时刻平均温度、板坯在加热炉内各段平均温度和板坯在加热炉内各段的中心温度；步骤3. 4. 3 判断当前解的可行性及终止条件1)当前解的可行性判定以下各工艺约束条件同时满足的时候，当前解即为可行解， 否则，该解即为不可行解，需返回上一代，重新计算；条件1 为保证板坯的出炉温度符合热轧的要求，板坯出炉时刻的平均温度与期望的出炉平均温度之间的差值不能大于要求的最大值，其中，Tmfinal为板坯出炉时刻的平均温度，Τ；为板坯出炉平均温度理想值；条件2 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐立新，夏琼，杨阳，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：